大学物理力学复习课件.ppt

1、力学基础篇力学基础篇 知识结构知识结构静力学静力学（中学）（中学）三条主线三条主线:运动学运动学（第（第1 1章）章）动力学动力学（第（第2 2章）章）相对运动相对运动（第（第1 1章第章第3 3节）节）经典力学经典力学时空观时空观（第（第4 4章第章第1 1节）节）相对论相对论（第（第4 4章）章）平动平动（第（第1 1、2 2章）章）转动转动（第（第3 3章）章）波动波动（第（第6 6章）章）振动振动（第（第5 5章）章）1ppt课件力力学学静力学静力学运动学运动学动力学动力学参考系参考系-坐标系坐标系-物理模型物理模型位矢、位移、速度、加速度位矢、位移、速度、加速度平面曲线运动的描述平面

2、曲线运动的描述运动学中的两类问题运动学中的两类问题平动平动-转动（类比法）转动（类比法）质点质点-质点系质点系-刚体刚体瞬时效应瞬时效应-积累效应积累效应第一条主线：静力学第一条主线：静力学-运动学运动学-动力学动力学2ppt课件1.1.瞬时效应瞬时效应 搞清各规律的内容、来源、适用对象、成搞清各规律的内容、来源、适用对象、成立条件、对参考系的依赖关系立条件、对参考系的依赖关系动力学动力学力力的的瞬瞬时时效效应应FamF 平动效应平动效应质点系质点系质点质点牛牛 mp dtPdF 牛牛dtpdF 外外0 外FCp 转动效应转动效应FrM 质点质点牛牛prL tLMdd 牛牛系系tLMdd 外0

3、 外MCL 3ppt课件2.2.积累效应积累效应力力F tFId时间积累时间积累 rFWd 空间积累空间积累质点质点系系质点质点牛牛 mp pI 牛牛pI 外0 外FCp 牛牛质点质点牛牛221 mEk kEW 一对一对力力 0drf保质点质点系系 )0()1(1drfEp保pEW 保质点质点系系CE 0d 外W0d 内非WpkEEE EWW 内非外kEWW 内外动力学动力学4ppt课件 平平 动动 转转 动动 力与冲量力与冲量力矩与冲量矩力矩与冲量矩 质量与动量质量与动量转动惯量与角动量转动惯量与角动量平动动能平动动能 转动动能转动动能 力的功力的功 力矩的功力矩的功 势能势能 vmP JP

4、 221 mEk rdFW MdW221,kxEmghEc 弹弹重重平动与转动平动与转动FM tdtF tdtMm VdrmrJ2221 JEk crdFEP 保保5ppt课件 平平 动动 转转 动动 牛顿定律牛顿定律转动定律转动定律 动量定理动量定理 角动量定理角动量定理 动量守恒定律动量守恒定律 角动量守恒定律角动量守恒定律 动能定理动能定理 动能定理动能定理 机机 械械 能能 守守 恒恒 定定 律律 条件：条件：（或只有保守力作功）（或只有保守力作功）0 外外A0vmvmdtF 0 JJMdt 恒恒量量外外vmF,0 恒恒量量外外 JM,2022121mvmvrdF 2022121 JJ

5、Md 恒恒量量 22121kxmghJmvc 0 内内非非AamF JM 平动与转动平动与转动6ppt课件3.3.解题的基本方法与步骤解题的基本方法与步骤(1)(1)用牛顿定律解题用牛顿定律解题(2)(2)用功能、动量、角动量及守恒定律解题用功能、动量、角动量及守恒定律解题解题思路解题思路:(1)(1)选系统选系统 (2)(2)分析力分析力(3)(3)审条件审条件 (4)(4)明过程明过程(5)(5)列方程列方程7ppt课件例例 如图所示质量为如图所示质量为M的物块的物块A在离平板在离平板h的高度处自由下落，落的高度处自由下落，落在质量也是在质量也是M的平板的平板B上。已知轻质弹簧的倔强系数为

6、上。已知轻质弹簧的倔强系数为k，物体与，物体与平板作完全非弹性碰撞，求碰撞后弹簧的最大压缩量。平板作完全非弹性碰撞，求碰撞后弹簧的最大压缩量。0 x1v1xBhA2v2x2v1v解：解：从物块从物块A自由下落到弹簧压缩到最大限度可分为三个物自由下落到弹簧压缩到最大限度可分为三个物理过程：理过程：(1)(1)物块物块A A作自由落体运动，到作自由落体运动，到B B时速度为时速度为v v1 1;(2)(2)物块物块A A和平板和平板B B作完全非弹性碰撞，碰后速度为作完全非弹性碰撞，碰后速度为v v2 2;(3)(3)碰撞后弹簧继续被压缩到最大压缩量碰撞后弹簧继续被压缩到最大压缩量x x2 2。8

7、ppt课件ghv21 21)(vMMMv 以以地球、弹簧、物块为一系统。第三个过程中只有重力，弹地球、弹簧、物块为一系统。第三个过程中只有重力，弹力作功，机械能守恒。取弹簧处于自然状态时，其上端点位置为力作功，机械能守恒。取弹簧处于自然状态时，其上端点位置为坐标原点坐标原点,重力势能、弹性势能零点，则第三个过程方程为重力势能、弹性势能零点，则第三个过程方程为222112222121)()()(21kxkxxxgMMvMM 对每个物理过程列出方程对每个物理过程列出方程 在在A、B未碰撞前，未碰撞前，B的重力跟所受弹力平衡，因此有的重力跟所受弹力平衡，因此有 kx1=mg解解上述四上述四 式可得弹

8、簧的最大压缩量式可得弹簧的最大压缩量x2kMghkMgkMgx 22)(29ppt课件例例 质量质量m1，半径为，半径为R的定滑轮（当作均质圆盘）上绕一轻绳，的定滑轮（当作均质圆盘）上绕一轻绳，绳的一端固定在滑轮上，另一端挂一质量为绳的一端固定在滑轮上，另一端挂一质量为m2的物体而下垂，如的物体而下垂，如图所示。忽略轴处摩擦，求物体图所示。忽略轴处摩擦，求物体m2由静止下落由静止下落h高度时的速度。高度时的速度。解：根据解：根据机械能守恒定律机械能守恒定律 Rv 21222mmghmv h221222)21(2121 Rmvmghm 10ppt课件二、经典力学时空观与变换（惯性系之间）二、经典

9、力学时空观与变换（惯性系之间）伽利略变换伽利略变换 zzyyxxaaaaaa zzyyxxvvvvuvv ttzzyyt uxx一、相对运动（参考系之间）一、相对运动（参考系之间）/0rrr /0 /0aaa 第二条主线：第二条主线：相对运动相对运动-经典力学时空观经典力学时空观-相对论相对论11ppt课件三、狭义相对论三、狭义相对论1.1.两个基本原理：光速不变原理与相对性原理。两个基本原理：光速不变原理与相对性原理。2.2.洛仑兹变换洛仑兹变换 2222211cuxcuttzzyycuutxx )1()1(12/2/2/cucucuuxzzxyyxxx 12ppt课件3、狭义相对论的时空观

10、、狭义相对论的时空观3.同时的相对性同时的相对性.3 长度的相对性（动尺缩短）长度的相对性（动尺缩短）3.时间间隔的相对性（时间膨胀）时间间隔的相对性（时间膨胀）3.因果关系因果关系信息传递速率小于光速，导致因果关系不会颠倒。信息传递速率小于光速，导致因果关系不会颠倒。S系系同时同地同时同地 同时异地同时异地异时同地异时同地异时异地异时异地S系系同时同时不同时不同时不同时不同时不能确定不能确定/tt 201 ll13ppt课件2201cumm 2201cuump 202cmEmcEk 22202cpEE 4.4.质速关系：质速关系：4.4.动量定义：动量定义：4.4.质能关系：质能关系：4.4

11、.动量能量关系：动量能量关系：14ppt课件解：解：按地球上的钟按地球上的钟 0lt 例例 半人马座半人马座星是离我们太阳系最近的恒星，地星是离我们太阳系最近的恒星，地面观察者测得其距离是面观察者测得其距离是4.3 1016m，现宇宙飞船以，现宇宙飞船以 =0.99c的速度由地面飞往的速度由地面飞往星星 按地球的钟，飞到按地球的钟，飞到星要多长时间？星要多长时间？按宇宙飞船上的钟，飞到按宇宙飞船上的钟，飞到星要多长时间？星要多长时间？年59.410448.110399.0103.48816 s按飞船的钟按飞船的钟20/1 ll m.1621610607099011034 /lt 年年65010

12、2621039901060707816.S.15ppt课件第三条主线：第三条主线：平动平动-转动转动-振动振动-波动波动运运动动形形式式平动平动振动振动波动波动多普勒效应多普勒效应非自由振非自由振动与共振动与共振表达式表达式图像与特征图像与特征能量能量合成与叠加合成与叠加转动转动16ppt课件11、表达式、表达式0()cos()y xAt振动振动波动波动00(,)cos()xxy x tAtu 弄清振幅、圆频率、位相的物理意义、关弄清振幅、圆频率、位相的物理意义、关系与如何确定。系与如何确定。明晰三种描述方法与关联、厘清振动的物明晰三种描述方法与关联、厘清振动的物理图像与特征。理图像与特征。弄

13、清波长、波速、周期的物理意义及它们弄清波长、波速、周期的物理意义及它们之间的关系，注意波速与振速的区别。之间的关系，注意波速与振速的区别。理解波动方程的物理意义。理解波动方程的物理意义。17ppt课件2 2、振动与波动图象、振动与波动图象 振动图象振动图象描述的是一个质点的位移随时间变化的规律。描述的是一个质点的位移随时间变化的规律。波动图象波动图象 描述的是给定时刻波线上所有各质点偏离各自平描述的是给定时刻波线上所有各质点偏离各自平衡位置的位移随位置变化的规律。衡位置的位移随位置变化的规律。uyxt ty18ppt课件3 3、能量、能量（1 1）孤立的谐振动系统，其机械能守恒，动能和势孤立的

14、谐振动系统，其机械能守恒，动能和势能反相变化。能反相变化。（2 2）单位体积介质中的波动能量，机械能不守恒，动单位体积介质中的波动能量，机械能不守恒，动能与势能同步变化。能与势能同步变化。总能量总能量动能与势能动能与势能振动振动守恒守恒反相反相波动波动不守恒不守恒同步同步（3 3）注意波的平均能量密度、平均能流密度以及波的注意波的平均能量密度、平均能流密度以及波的吸收。吸收。19ppt课件4 4、振动的合成与波的叠加振动的合成与波的叠加 cos2212221AAAAA 1210202)(rr )cos(021 tAyyy同方向、同频率谐振动合成同方向、同频率谐振动合成干涉相长干涉相长干涉相消干

15、涉相消12AAA12AAA krr2)(2)(121020 )12()(2)(121020 krr波的叠加与干涉波的叠加与干涉相干条件相干条件干涉加强与减弱的条件干涉加强与减弱的条件同方向、不同频率谐同方向、不同频率谐振动合成振动合成)2cos()2cos(201212 ttAx注意：准谐振动，拍与拍频注意：准谐振动，拍与拍频21拍拍20ppt课件例例 一匀质细圆环质量为一匀质细圆环质量为m，半径为，半径为R，挂在墙上的钉子，挂在墙上的钉子上，试证明其作微小角度的摆动为简谐振动。上，试证明其作微小角度的摆动为简谐振动。mg lmglmgM sin转动惯量：转动惯量：1 1、对质心（圆心）水平轴

16、的转动惯量为：、对质心（圆心）水平轴的转动惯量为：由转动定律：由转动定律：JM 2cJmR 2 2、依据平行轴定理，得对钉子处水平轴的转动惯量为：、依据平行轴定理，得对钉子处水平轴的转动惯量为：22222cJJmdmRmRmR22222202ddgmgRmRdtdtR证：依据受力分析得所受力矩为：证：依据受力分析得所受力矩为：0222 dtdRg22 令令此为谐振动的动此为谐振动的动力学方程，故为力学方程，故为简谐振动。证毕简谐振动。证毕21ppt课件例例 如图所示，两列平面简谐相干横波，在两种不同的媒质如图所示，两列平面简谐相干横波，在两种不同的媒质 中传播，在分界面上的中传播，在分界面上的

17、P点相遇。频率点相遇。频率v100 Hz，振幅，振幅AA=AB=1.0010-2m，SA的位相比的位相比SB的位相超前的位相超前/2。在媒质在媒质1中的波速中的波速A=400m/s；SAP=rA=4.00m；在媒质在媒质2中的波速中的波速B=500m/s；SBP=rB=3.75m。求求P点的合振幅。点的合振幅。rArBPSASB)(22)2()2(00BBAAAAABBBurururvurv 解：在解：在P点引起的振动分别为：点引起的振动分别为：0)50075.340000.4(10022 )2cos(01AAAAurtAy )2cos(02BBBBurtAy )(1000.2cos22212221mAAAAAAABA 22ppt课件